基于GPRS的远程抄表系统的设计分析

2020-07-10张靳予

软件 2020年5期

王雷，张靳予，陈莹

（云南电网有限责任公司昆明供电局，云南昆明 650000）

0 引言

电力用户数量的增加使电力抄表压力持续提高，而电力生产方面对于计划调度以及经济调度的提升，也使负荷用电时段呈现出增加的趋势，导致电力供需之间矛盾的凸显[1]。为实现对这一问题的有效解决，实现削峰填谷，促进电力能源的合理化利用，应用远程自动抄表技术提高计量计费与控制质量具有非常重要的现实意义。怎样以GPRS通信技术为依托，促进远程抄表系统的优化设计，值得深思。

1 GPRS远程抄表系统设计

以 GPRS为基础的远程抄表系统主要是通过GPRS网络跟远端数据采集系统之间实现通信，同时完成针对各电表的控制与管理，利用向终端发送相应命令完成对电能表相关数据的采集，以实现抄表过程的远程自动化。远程抄表系统的相关性能指标包括：①其允许通过的最大电流不高于40 A，最大电压不高于 350 V；②电能表能够完成单向有功量值采集；③采取日历时钟电路的方式，经过设置把每天划分成三个时段，继而对用电电价采取分时计费的方式，使采集器完成定时抄收；④以备用电池进行支持，确保电能表相关数据在掉电后不会丢失；⑤针对抄表管理中心进行系统设计，以实现对指定采集器或电能表相关参数的设定与读取；⑥电能表可以按照日期、时间以及用电信息的顺序进行显示，也可以利用按键进行有选择性的显示[2]。

GPRS远程抄表系统结构如图 1所示，包括电能采集以及抄表管理中心两大系统。其中，电能采集系统的组成主要包括多个数据采集器以及智能电表，由智能电表实现对电能相关数据信息的提取、转换、运算以及存储，同时完成数据采集器相应的通信功能。各智能电表需要利用RS485总线和数据采集器之间实现连接，而二者之间的通信则是依据自动协议以主从通信方式实现地址识别以及数据传输等过程。数据采集器针对电表所收集的电能数据进行集中和存储处理，将所获数据利用GPRS DTU向 GPRS网络发送，GPRS网络经由服务支持节点以及网关支持节点完成向Internet的接入，最终完成向抄表管理中心的数据传输。抄表管理中心对所获数据加以管理，也可将有关命令通过Internet发送到GPRS网络，以完成对智能电表以及数据采集器部分的参数设置与数据采集[3]。

图1 GPRS远程抄表系统结构Fig.1 GPRS remote meter reading system structure

2 GPRS系统结构

General Packet Radio Service（缩写为GPRS）为通用分组无线服务技术，属于一类被GSM移动电话用户所应用的新型移动数据业务。针对GPRS与GSM进行对比，二者之间有诸多相同之处，包括频率段、频率宽度、无线调制标准、突发结构以及调频规则等。可以说GPRS是以GSM为基础，继而加入SGSN、GGSN以及PCU分组控制单元等关键部件[4]。

SGSN属于GPRS服务的支持节点，用于向MS供给服务，能够与 VLR/MSC/EIR相互结合，以实现切换、漫游以及登记等相关移动式管理功能。SGSN还可以针对逻辑链路作建立、维护以及释放等管理，并实现无线资源的管理。此外，SGSN还能针对 MS主叫或被叫供给数据转发、地址翻译与加密、压缩等相关管理功能。

GGSN是GPRS网关的支持节点，从本质上说属于一个路由器（亦或是网关），能够给GPRS以及公共数据网络供给X.25或X.75的互联协议。GGSN能够对不同GPRS相互间的联系形成支持，支持和交换网之间的互通，具备路由功能。除此之外，GGSN能够实现对IP协议以及X.121协议的支持，并且IP协议不但能够接入到ISDN网，还能接入到Internet网络[5-7]。

虽然GPRS和GSM之间有许多共同之处，但在资源利用方面，GPRS能够展现出更强的合理性与优越性，这主要是由于GPRS是通过分组数据的方式展开传输活动，并不像GSM需要固定占用无线通道。GPRS DTU中的IP通过移动内网进行自动分配，这也就导致向 Internet接入的抄表管理中心无法主动访问GPRS DTU，要由GPRS终端实现对抄表管理中心的主动访问。针对这个问题，可以利用电信ADSL宽带申请获取公网 IP进行解决，继而完成GPRS终端和抄表管理中心之间的高效连接[8-9]。

与其它无线通信网络相比，GPRS网络通信主要具备以下几个方面的优势：①组网迅速而简单。GPRS网络可以利用既有 GPRS网络已经实现成熟应用的网络基础设施，仅需增设几个网络单元便可以投入使用，其整体建设成本较低，且建设周期较短，系统整体可靠性较高；②网络信号的覆盖范围较大。GPRS网络主要由电信运营商进行建设与维护。此GPRS/GSM网络是一种公共通信网络，能够实现对全国范围内所有城市、乡村以及大多数山区的覆盖。这一优势为实现大范围、远距离数据通信供给了十分良好的保障；③GPRS向网络接入的速度较快。GPRS网络应用成熟化的IP网络架构，能够实现跟既有数据网络之间的有效对接。在 GPRS移动终端完成开机启动之后，将会自动向GPRS网络附着，以获得相应的PDP上下文，完成向IP网络的接入；④移动终端能够在任何时间经由网络收取和发送数据。因为GPRS主要采取分组交换技术，并不像传统通信方式下利用电路交换的方式，在每次通信之前均需作拨号连接处理，不会出现终端掉线情况，所以应用GPRS网络展开通信活动能够呈现出非常优质的实时响应效果；⑤按照流量进行计费，其通信成本较低。通常情况下，远程监控系统具备长时间在线、通信信息量较小以及突发通信等特征。倘若采取电路交换等按时间进行计费的方式，便会大幅提高通信成本。GPRS网络按照所使用流量进行计费的特征能够实现对这一问题的有效解决，更加适合远程抄表应用场景；⑥传输速率较高。GPRS网络相应的数据传输速率可以达到57.6 Kbps，且最高能够达到115-171 Kbps，可以有效满足于远程监控系统在数据传输方面的需求；⑦系统具有较强的安全性。因为GPRS网络主要应用GSM网络的既有基础设施，因此对于用户身份认证方面也采取相同的认证机制。除此之外，针对数据业务，GPRS网络会利用 APN标志去标识用户能够应用的数据服务[10]。